下载文档原格式
气体放电中的等离子体研究实验目的1.了解气体放电中等离子体的特性。
2.利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
实验原理1.等离子体及其物理特性等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。
也就是说，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。
等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。
虽然等离子体宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。
电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大，最终使电中性得以恢复。
偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度λD 。
当系统尺度L＞λD时，系统呈现电中性，当L＜λD时，系统可能出现非电中性。
2.等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Ｔe。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为ｎe ，正离子密度为ｎi，在等离子体中ｎe≈ｎi。
（3）轴向电场强度ＥL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ｅe。
（5）空间电位分布。
此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力，使它们在无规则的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率Fp称为朗缪尔频率或等离子体频率。
电子振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。
3.稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10～102Pａ时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2.3-1所示。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区(即正辉柱)，（7）阳极暗区，（8）阳极辉区。
等离子体推动器一、为什么要使用电推动器？1.传统化学推进剂的缺点：〔a〕在深空探测中，化学推进剂占航天器重量的绝大局部，有效载荷小，效率低，造价高。
－〔附：肼〔联氨〕-----一种无色发烟的、具有腐蚀性和强复原性的液体化合物NH2 NH[hydrazine],它是比氨弱的碱,通常由水合肼脱水制得,燃烧热较大主要用作火箭和2喷气发动机的燃料,用在制备盐(如硫酸盐)及有机衍生物中〕在探索更远的星球时，化学燃料推动已不可行。
〔b〕通信卫星长寿命增加〔15 年〕,为保持轨道定点位置,所需的推进剂越来越多〔使用次数愈来愈多〕,大量挤占了有效载荷的重量。
因此,大型通信卫星的推进系统改用电推进已势在必行。
目前航天领域广泛使用的化学火箭发动机，对于完成航天器从地面向空间轨道的发射任务，还难以用其它动力装置代替。
但由于化学推进的比冲偏小，最大不超过4.6kN*s/kg，所以，如果对于航天器的轨道转移、轨道修正、姿态控制、对接交会、位置保持、南北轨控和星际航行等特殊任务仍然采用化学动力装置，那么就会使一直昂贵的航天器发射本钱居高不下，而且也会严重影响其使用寿命。
2.电推进器的优缺点优点：〔a〕效率高―――喷射离子速度远高于化学燃烧气体粒子速度；电推进技术的推进剂效率(或比冲) 是化学推进系统的几倍甚至几十倍〔b〕所需重量降低；〔c〕最终速度高〔化学推进剂： 5 km/s，电推动：10-20 km/s〕。
缺点：推力小，加速时间长，需要电源，二、推进器的任务✹轨道转移；✹遥感卫星的轨道调整和姿态控制；✹通讯卫星的轨道保持；✹深空探测；三、电推进简史1．国际电推动开展史☞第一次离子推动实验室实验By 1916 Goddard and his students were conducting perhaps the world's first electric propulsion experiments with ion sources. Four years later Goddard devoted passages of his technical reports to his EP experiments.☞第一次电推动飞行实验世界上首次电推进(脉冲等离子体推进) 空间飞行试验是前苏联于1962 年进展的；〔该次发射的意义：标志科学界已承受电推进技术，进入一个新的历史时期：不再是证明电推进是否有价值的时期，而是解决静电推进存在的问题。
第六章介质阻挡放电等离子体及其应用本章介绍介质阻挡放电等离子体的产生、特点和应用，并根据这些应用介绍冷等离子体中的化学反应动力学问题的一般性研究方法。
6.1介质阻挡放电的产生介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。
介质可以覆盖在电极表面或者悬挂在放电空间里，这样，当在放电电极上施加足够高的交流电压时．电极间的气体，即使在很高的气压下也会被击穿而形成所谓的介质阻挡放电。
这种放电表现为很均匀、散漫和稳定、貌似低气压下的辉光放电，但实际上它是由许多细微的快脉冲放电通道构成的。
通常放电空间的气体压强可达105Pa或更高。
这种放电又称为无声放电，典型的介质阻挡放电和间隙结构如图6－1所示。
这些电极间隙结构可以是平板，也可以是同轴圆柱型。
图6－1 介质阻挡放电位形介质阻挡放电中加入介质在两电极之间的目的避免在大气压，强电场中可能过分发展的电子雪崩过程，防止放电的不稳定性。
介质阻挡放电能够在很大的气压和频率范围内工作，常用的工作条件是气压104－106Pa，频率为50－106Hz。
虽然这种放电被开发和应用得比较广泛，可对它的研究还是近十几年的事。
6.2 介质阻挡放电的主要参量图6－2 空气中介质阻挡放电的照片介质阻挡放电的电流主要是流过微放电通道的。
放电的主要基本过程也是发生在微放电中的。
因此了解微放电是了解介质阻挡放电的关键。
典型的介质阻挡放电中微放电的主要特性如下表6.2、介质阻挡放电参数的估计电子密度和电子温度，电场强度，放电通道半径和寿命。
电子与中性粒子发生非弹性碰撞，使中性粒子发生电离、离解等；而电子与中性粒子发生弹性碰撞，则使中性粒子动能增加，从而使等离子体温度升高。
如果假设中性温度是完全受电子弹性碰撞的影响，()232e g eg e E k T T n σδν=-式中，σ为等离子体的电导率，它等于e e e e 2v m /n e λ；E 为电子的电荷；e λ为电子在气体中的自由程，它取决于等离子体各组分的浓度k n 和碰撞截面ek Q ，1k e ek k Q n -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑λ； e v 为电子的热运动速度；e T 和g T 分别为电子及重粒子的温度；g e m /2m =δ为弹性碰撞中电子传出的那部分能量；e m 和g m 分别为电子及重粒子的质量；e e eg /v λν=为电子和重粒子的碰撞频率；e n 为电子的浓度。
等离子体摘要等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。
它的用途非常广泛．从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、宇航、能源、天体等方面，它都有非常重要的应用价值，并拥有广泛的应用前景。
主题词等离子体、环境1.基本概述等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在恒星（例如太阳）、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99％。
现在人们已经掌握利用电场和磁场产生来控制等离子体。
例如焊工们用高温等离子体焊接金属。
2.分类2.1 按等离子体焰温度高温等离子体：温度相当于10~10 K完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。
低温等离子体：热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度10~10K，如电弧、高频和燃烧等离子体。
冷等离子体：电子温度高（10~10K）、气体温度低，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体、索梯放电等离子体等。
2.2按等离子体所处的状态(1)平衡等离子体：气体压力较高，电子温度与气体温度大致相等的等离子体。
如常压下的电弧放电等离子体和高频感应等离子体。
（2）非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子温度远远大于气体温度的等离子体。
如低气压下DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD介质阻挡放电等产生的冷等离子体。
3.等离子技术的应用现状3.1等离子体冶炼用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别获得Zr、Mo、Ta和Ti；用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，如碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末等离子体冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好，可免除容器材料的污染3.2等离子体喷涂许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。
